AVALIAÇÃO MECÂNICA DE MATERIAIS POLIMÉRICOS UTILIZANDO INDENTAÇÃO INSTRUMENTADA (TII): REVISÃO DE CONCEITOS E ESTUDO DE CASO
Abstract
Este trabalho descreveu o uso da técnica de indentação instrumentada (TII) como ferramenta de interesse na determinação rápida e eficiente de propriedades mecânicas (módulo de elasticidade e microdureza) de materiais poliméricos. Foram revisados conceitos básicos de indentação aplicada a estes materiais e, em especial, foram apresentados resultados de caracterizações feitas por TII dos polímeros PEEK e PA−11, nas condições não envelhecidos e envelhecidos em meios de etanol anidro e hidratado a 60°C por diferentes tempos experimentais. Os resultados de TII obtidos foram comparados aos resultados de outra técnica mais tradicional, neste caso, curvas de tensão-deformação de ensaios de tração uniaxiais. Foi possível observar um efeito significativo do fluido sobre a PA−11, ao passo que o PEEK se mostrou quimicamente resistente e estável frente às condições avaliadas. Além disso, observou-se que houve uma boa correlação de valores de módulo elástico obtido pelas duas técnicas e para ambos os polímeros, realçando o potencial de aplicação e a sensibilidade da indentação na avaliação mecânica destes materiais submetidos ou não a processos de degradação.
References
ALCHIKH, M.; FOND, C.; FRÈRE, Y. & PELLETIER, H. Mechanochemical degradation of poly (vinyl fluoride) by sodium hydroxide measured by microindentations. Journal of Materials Science. Vol. 45, n. 9, pp. 2311–2316, 2010.
ASTM D 638-10 Standard. Standard test method for tensile properties of plastics. American Society for Testing Materials. West Conshohocken, Pennsylvania, Estados Unidos, 2010.
AZEVEDO, E.C.; NETO, S.C.; LEPIENSK, C.M. & CHIERICE, G.O. Aplicação de indentação instrumentada na caracterização mecânica de poliuretana derivada de óleo de mamona. Polímeros: Ciência e Tecnologia. Vol. 19, n 4, pp. 336–343, 2009.
BALTÁ-CALLEJA, F.J. & FAKIROV, S. Microhardness of polymers. 1 ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2000.
BALTÁ-CALLEJA, F.J.; FLORES, A.; FAKIROV, S. & KRUMOVA, M. Elastic properties of oriented polymers, blends and reinforced composites using the microindentation technique. Colloid and Polymer Science. Vol. 280, n. 7, pp. 591–598, 2002.
BALTÁ-CALLEJA, F.J.; FLORES, A. & MICHLER, G.H. Microindentation studies at the near surface of glassy polymers: Influence of molecular weight. Journal of Applied Polymer Science. Vol. 93, n. 4, pp. 1951–1956, 2004.
CHAUPART, N. & SERPE, G. Relaxation-structure relationship in bulk and plasticized polyamide 11. Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics. Vol. 34, n. 14, pp. 2351–2365, 1996.
CHENG, Y.; NI, W. & CHENG, C. Determining the instantaneous modulus of viscoelastic solids using instrumented indentation measurements. Journal of Materials Research. Vol. 20, n. 11, pp. 3061–3071, 2005.
DOERNER, M.F. & NIX, W.D. A method for interpreting the data from depth-sensing indentation instruments. Journal of Materials Research. Vol. 1, n. 4, pp. 601–609, 1986.
HU, Y.; LIU, T. & SHEN, L. Nanoindentation studies on nylon 11/clay nanocomposites. Polymer Testing. Vol. 25, n. 4, pp. 492–497, 2006.
JACQUES, B.; WERTH, M.; MERDAS, I.; THOMINETTE, F. & VERDU, J. Hydrolytic ageing of polyamide 11. 1. Hydrolysis kinetics in water. Polymer, Vol. 43, n. 24, pp. 6439–6447, 2002.
LAI, Y.H.; KUO, M.C.; HUANG, J.C. & CHEN, M. On the PEEK composites reinforced by surface-modified nano-silica. Materials Science and Engineering A. Vol. 458, n. 1, pp. 158–169, 2007.
LI, X. & BHUSHAN, B. A review of nanoindentation continuous stiffness measurement technique and its applications. Materials Characterization. Vol. 48, n. 1, pp. 11–36, 2002.
MARK, J.E. Physical properties of polymers handbook. Cincinnati: Springer, 2007.
MOLAZEMHOSSEINI, A.; TOURANI, H.; NAIMI-JAMAL, M.R. & KHAVANDI, A. Nanoindentation and nanoscratching responses of PEEK based hybrid composites reinforced with short carbon fibers and nano-silica. Polymer Testing. Vol. 32, n. 3, pp. 525–534, 2013.
MONTGOMERY, D.C., RUNGER, G.C. & HUBELE, N.F. Estatística aplicada à engenharia, Rio de Janeiro: Editora LTC, 2011.
NGUYEN, H.X. & ISHIDA, H. Poly (aryl-ether-ether-ketone) and its advanced composites: A review. Polymer Composites. Vol. 8, n. 2, pp. 57–73, 1987.
OLIVER, W.C. & PHARR, G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research. Vol. 7, n. 6, pp. 1564–1583, 1992.
OLIVER, W.C. & PHARR, G.M. “Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. Journal of Materials Research. Vol. 19, n.1, pp. 2–13, 2004.
OYEN, M.L. Analytical techniques for indentation of viscoelastic materials. Philosophical Magazine. Vol. 86, n. 33, pp. 5625-5641, 2006.
SILVA, A.J.J.; BERRY, N.G. & COSTA, M.F. Structural and thermo-mechanical evaluation of two engineering thermoplastic polymers in contact with ethanol fuel from sugarcane. Materials Research. Vol. 19, n. 1, pp. 84–97, 2016a.
SILVA, A.J.J.; NASCIMENTO, C.R. & COSTA, M.F. Thermomechanical properties and long-term behavior evaluation of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) exposed to bioethanol fuel under heating. Journal of Materials Science. Vol. 51, n. 19, pp. 9074–9094, 2016b.
VANLANDINGHAM, M.R. Review of instrumented indentation. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. Vol. 108, n. 4, pp. 249–265, 2003.
YUAN, M.; GALLOWAY, J.A.; HOFFMAN, R.J. & BHATT, S. Influence of molecular weight on rheological, thermal, and mechanical properties of PEEK. Polymer Engineering and Science. Vol. 51, n. 1, pp. 94–102, 2011.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Este obra está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.
